机械能典型题解
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学好动能和势能以及机械可以为同学们今后学习各种形式的能打好基础.这部分内容的重点是通过实验探究决定动能、势能大小的因素,理解动能和势能的相互转化,能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单物理现象,进一步掌握控制变量、转换等物理研究方法.
例1下面关于功和能的说法中,正确的是().
A.物体能够做功,就说它具有能量
B.速度大的物体其动能就一定大
C.被举得越高的物体其势能一定越大
D.动能和势能不可以相互转化
解析功与能是紧密相关的物理量,物体能够做功,我们就说它具有能量.因此选项A正确.物体具有的机械能在一定的条件下可以相互转化,即势能可以转化为物体的动能,同样动能也可以转化为势能,所以正确选项应为A.
点拨本题的易错点是由于片面理解动能和势能的定义,对动能和势能大小的决定因素不理解,所以错误地认为,动能的大小只与物体的运动速度有关,势能只与物体被举高的高度有关.物体具有的动能跟物体的运动速度和物体的质量都有关,物体速度大,如果其质量很小,则动能不一定大.物体具有的势能大小与物体的质量和物体被举高的高度都有关.物体被举得越高,如果其质量很小,物体的重力势能不一定大.
例2下列物体各具有什么形式的能?
1.在地上滚动的足球.
2.稳稳地立在高山上的一块大石头.
3.在地面被拉弯的弓.
4.天空中飞行的小鸟.
5.放在地上的木块.
解析1.在地面上滚动的足球未被举高,它不具有重力势能,但它是运动的,所以具有动能.2.立在高山顶上的石头是静止的,它不具有动能,但它离山脚(地平面)有一定的高度,因此它具有重力势能.3.在地面被拉弯的弓发生了弹性形变,因此它具有弹性势能.4.空中飞行的小鸟,具有一定的高度和速度,因此它既具有动能又具有重力势能.5.以地平面为参照物,放在地上的木块既无一定高度,又是静止不动的,因此它既不具有重力势能又不具有动能.
点拨根据动能、重力势能、弹性势能的定义,分析物体是否在运动,是否被举高,是否发生了弹性形变,确定物体是否具有能,具有哪种形式的能.
例3体积相同的实心铁球和实心木球离地面高度相同,铁球静止不动,木球以速度v做匀速直线运动,下列说法正确的是().
A.铁球和木球的势能相等
B.木球的动能一定比铁球大
C.木球的机械能一定大于铁球的机械能
D.木球的机械能一定小于铁球的机械能
解析动能和势能总称为机械能,铁球的势能大而动能为零;木球的动能大而势能小,所以无法比较它们机械能的大小.选B.
点拨解题关键是理解物体具有的动能和势能大小的决定因素,能从题意中分析出体积相同的实心铁球和实心木球重心高度相同,由于铁的密度大于木的密度,所以铁球的质量大于木球的质量,从而得出正确结论.本题的易错点是由于对动能和势能的定义以及动能和势能大小的决定因素不理解,错误地认为动能的大小只与物体的运动速度有关,势能只与物体被举高的高度有关.
例4一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升,在整个过程中,乒乓球机械能转化的情况是().
A. 势能动能势能
B. 动能势能势能
C. 动能势能动能势能动能
D. 势能动能势能动能势能
解析乒乓球在高处,由于被举高具有势能.在下落过程中,高度降低,速度增大,在撞击地面前,球的全部重力势能转化为动能.在撞击地板的一瞬间,由于球发生形变,球的动能转化为球的弹性势能.球在恢复形变的过程中,弹性势能又转化成动能,使球产生一个反方向的速度(如不考虑能的损失,则此速度与球撞击地板前的速度大小相同),向上跳起.在上升的过程中,动能又逐渐转化成重力势能,直至动能为零.从下落到反跳的全过程中,经历的能量变化过程是:重力势能动能弹性势能动能重力势能.
答案选D.
点拨在解答同一物体的重力势能和动能之间的转化问题时,由于同一物体质量一定,所以重力势能和动能的变化,主要表现在离地面的高度与速度的大小变化.
例5如图所示,一个静止的物体M,从O点分别沿不同的光滑轨道OA、OB、OC自由下滑,到达同一水平地面上.如果不计空气阻力,以下说法不正确的是().
A.它在各个运动过程中,重力势能变化相同
B.沿着不同轨道到达地面时速度相同
C.到达地面时动能不相等,沿OC轨道下滑时动能最大
D.它们的机械能均保持不变,沿OA轨道下滑所需时间最长
解析因为“光滑”表示无摩擦,则机械能守恒.物体沿不同轨道下滑时,下降高度相同,重力势能的变化相同,即转化的动能也相同,由此可判断,物体M沿不同轨道下滑到达地面时,速度也相同,物体M沿不同轨道下滑时,轨道越长,下滑越缓慢,要达到相同的速度所需时间越长.故选C.
点拨在只有重力做功的过程中,机械能守恒.如果轨道存在摩擦,则机械能减小,只有一部分重力势能转化为动能.